(57)【要約】【課題】  従来とは異なる発想に基づき、大面積に亘って均一な分布あるいは特定の分布のプラズマ処理を実施可能なプラズマ発生装置及びこれを備えたプラズマ処理装置を提供することを目的とする。【解決手段】  大気よりも減圧された雰囲気を維持可能なプラズマ発生室と、前記プラズマ発生室の異なる場所にそれぞれ設けられ、前記プラズマ発生室の外側から内側にマイクロ波を導入可能とした複数のアプリケータと、１つのマイクロ波電源から出力されるマイクロ波を前記複数のアプリケータのそれぞれに順次切り替えて出力可能な切替スイッチと、を備え、前記アプリケータから前記プラズマ発生室の中に導入されたマイクロ波によりプラズマを生成可能としたことを特徴とするプラズマ発生装置を提供する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
大気よりも減圧された雰囲気を維持可能なプラズマ発生室と、
前記プラズマ発生室の異なる場所にそれぞれ設けられ、前記プラズマ発生室の外側から内側にマイクロ波を導入可能とした複数のアプリケータと、
１つのマイクロ波電源から出力されるマイクロ波を前記複数のアプリケータのそれぞれに順次切り替えて出力可能な切替スイッチと、
を備え、
前記アプリケータから前記プラズマ発生室の中に導入されたマイクロ波によりプラズマを生成可能としたことを特徴とするプラズマ発生装置。
【請求項２】
前記切替スイッチを介して前記マイクロ波が出力される時間幅は、前記複数のアプリケータの全てについて略同一であることを特徴とする請求項１記載のプラズマ発生装置。
【請求項３】
前記切替スイッチを介して前記マイクロ波が出力される時間幅は、前記複数のアプリケータのうちの少なくともいずれか２つについて異なることを特徴とする請求項１記載のプラズマ発生装置。
【請求項４】
前記切替スイッチは、マイクロ波の導波方向を制御する導波体が回転する回転切替スイッチであることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載のプラズマ発生装置。
【請求項５】
前記切替スイッチは、前記アプリケータ毎に設けられ、マイクロ波の透過と反射とを制御可能としたことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載のプラズマ発生装置。
【請求項６】
前記切替スイッチと前記アプリケータとの間に設けられ、マイクロ波の強度を調整可能としたアッテネータをさらに備えたことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１つに記載のプラズマ発生装置。
【請求項７】
プラズマの発生から停止までの間に、前記切替スイッチにより少なくも１回の切替が実行されることを特徴とする請求項１〜６のいずか１つに記載のプラズマ発生装置。
【請求項８】
前記プラズマ発生室は、放電管であることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１つに記載のプラズマ発生装置。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれか１つに記載のプラズマ発生装置を備え、
前記アプリケータを介して導入されたマイクロ波により生成されたプラズマによって被処理物のプラズマ処理を実施可能としたことを特徴とするプラズマ処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プラズマ発生装置及びプラズマ処理装置に関し、特に、真空チャンバの内部に任意の分布のプラズマを形成可能なプラズマ発生装置及びこれを備えたエッチング装置などのプラズマ処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
プラズマを利用したドライプロセスは、半導体製造装置、金属部品の表面硬化、プラスチック部品の表面活性化、無薬剤殺菌など、幅広い技術分野において活用されている。例えば、半導体や液晶ディスプレイなどの製造に際しては、アッシング、ドライエッチング、薄膜堆積あるいは表面改質などの各種のプラズマ処理が用いられている。プラズマを利用したドライプロセスは、低コストで、高速であり、薬剤を用いないために環境汚染を低減できる点でも有利である。
【０００３】
このようなプラズマ処理を行う装置の代表的なものして、波長数１００ＭＨｚ〜数１０ＧＨｚのマイクロ波によりプラズマを励起する「マイクロ波励起型」のプラズマ処理装置がある。
【０００４】
図２１は、マイクロ波励起型プラズマ処理装置の構造を表す模式図である。この装置は、処理チャンバ１０と、この処理チャンバ１０の上面に設けられた平板状の誘電体板からなる透過窓３０と、透過窓３０の外側に設けられたマイクロ波導波管４０と、透過窓３０の下方の処理空間において半導体ウェーハなどの被処理物Ｗを載置して保持するためのステージ１６と、を有する。
【０００５】
処理チャンバ１０は、真空排気系Ｅにより形成される減圧雰囲気を維持可能であり、処理空間に処理ガスを導入するためのガス導入管（図示せず）が適宜設けられている。
【０００６】
たとえば、このプラズマ処理装置を用いて被処理物Ｗの表面にエッチング処理を施す際には、まず、被処理物Ｗが、その表面を上方に向けた状態でステージ１６の上に載置される。次いで、真空排気系Ｅによって処理空間が減圧状態にされた後、この処理空間に、処理ガスとしてのエッチングガスが導入される。その後、処理空間に処理ガスの雰囲気が形成された状態で、マイクロ波導波管４０からスロットアンテナ４０Ｓにマイクロ波Ｍが導入される。
【０００７】
マイクロ波Ｍは、スロットアンテナ４０Ｓから透過窓３０に向けて放射される。透過窓３０は石英やアルミナなどの誘電体からなり、マイクロ波Ｍは、透過窓３０の表面を伝搬して、チャンバ１０内の処理空間に放射される。このようにして処理空間に放射されたマイクロ波Ｍのエネルギーにより、処理ガスのプラズマが形成される。こうして発生したプラズマ中の電子密度が透過窓３０を透過して供給されるマイクロ波Ｍを遮蔽できる密度（カットオフ密度）以上になると、マイクロ波は透過窓３０の下面からチャンバ内の処理空間に向けて一定距離（スキンデプス）ｄだけ入るまでの間に反射され、このマイクロ波の反射面とスロットアンテナ４０Ｓの下面との間にはマイクロ波の定在波が形成される。
【０００８】
すると、マイクロ波の反射面がプラズマ励起面となって、このプラズマ励起面で安定なプラズマＰが励起されるようになる。このプラズマ励起面で励起された安定なプラズマＰ中においては、イオンや電子が処理ガスの分子と衝突することにより、励起された原子や分子、遊離原子（ラジカル）などの励起活性種（プラズマ生成物）が生成される。これらプラズマ生成物は、矢印Ａで表したように処理空間内を拡散して被処理物Ｗの表面に飛来し、エッチングなどのプラズマ処理が行われる。
【０００９】
以上説明したようなプラズマ処理装置においては、大面積に亘って均一なプラズマＰが得られることが望ましい。被処理物Ｗのサイズが大型化しても均一なプラズマ処理が可能となり、また、一度に多数の被処理物Ｗを処理することも可能となるからである。
【００１０】
例えば、特許文献１には、放電領域に複数の導波管を接続したプラズマ発生装置が開示されている。このプラズマ発生装置においては、これら複数の導波管のいずれか１つからマイクロ波を供給して放電を開始させ、しかる後に、全ての導波管からマイクロ波を供給することにより、大面積のプラズマを形成可能としている。
【００１１】
また、特許文献２にも、複数の導波管を設けたプラズマ処理装置が開示されている。このプラズマ処理装置の場合、複数の導波管のそれぞれについて、導入するマイクロ波のパワーを独立に制御することにより、真空容器内に導入されるマイクロ波の電界強度分布が制御される。
【００１２】
一方、本発明者らは、マイクロ波を分配する代わりに、各窓に独立のマイクロ波電源を設けたプラズマ処理装置を既に発明している（特許文献３）。
【特許文献１】特開２００１−２５７０９７号公報
【特許文献２】特開平１０−２８４２９２号公報
【特許文献３】特開２００３−１４２４６０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
しかし、本発明者が独自に行った検討の結果、特許文献１及び２に開示されているように、マイクロ波を複数の導波管に分配して処理室に同時に導入すると、完全に対称な構造に対して、完全に対称な方法でマイクロ波を導入した場合においても、励起されるモードの殆どは非対称になってしまうことが分かった。そして、これら非対称モードには、複数（少なくとも２つ）の分極（polarizations）があり、それらの分布が異なる。さらに、これら複数の分極（polarization）のうちのいずれが実際に励起されるかは、プラズマの「ゆらぎ（fluctuations）」によって決定されてしまう。その結果として、マイクロ波を平分に分配してプラズマを励起することが困難となる「分極不安定性（polarization instability）」が発生してしまい、対称性が維持できず、均一な分布のプラズマを生成することが困難であることが判明した。
【００１４】
これに対して、特許文献３に開示されたプラズマ処理装置によれば、マイクロ波を分配する代わりに、各窓に独立のマイクロ波電源を設けることによって、プラズマ密度の「ゆらぎ（fluctuations）」によって各窓のインピーダンスが変化しても、それぞれに設けられたマイクロ波電源からのパワーは大きく変わらないため、窓の間のバランスが変化することがない。このプラズマ処理装置は、大面積に亘って均一なプラズマを安定して形成できるが、複数のマイクロ波電源を設けるためにコストがやや高い点で改善の余地があった。
【００１５】
本発明はかかる課題の認識に基づいてなされたものであり、その目的は、従来とは異なる発想に基づき、大面積に亘って均一な分布あるいは特定の分布のプラズマ処理を実施可能なプラズマ発生装置及びこれを備えたプラズマ処理装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
上記目的を達成するため、本発明のプラズマ発生装置は、大気よりも減圧された雰囲気を維持可能なプラズマ発生室と、前記プラズマ発生室の異なる場所にそれぞれ設けられ、前記プラズマ発生室の外側から内側にマイクロ波を導入可能とした複数のアプリケータと、１つのマイクロ波電源から出力されるマイクロ波を前記複数のアプリケータのそれぞれに順次切り替えて出力可能な切替スイッチと、を備え、前記アプリケータから前記プラズマ発生室の中に導入されたマイクロ波によりプラズマを生成可能としたことを特徴とする。
【００１７】
ここで、前記切替スイッチを介して前記マイクロ波が出力される時間幅は、前記複数のアプリケータの全てについて略同一であるものとすれば、全てのアプリケータについて同一のパワーのマイクロ波を出力することにより、所定の分布のプラズマを生成することができる。
【００１８】
または、前記切替スイッチを介して前記マイクロ波が出力される時間幅は、前記複数のアプリケータのうちの少なくともいずれか２つについて異なるものすれば、プラズマ発生室において生成されるプラズマの分布を任意に制御することができる。
【００１９】
また、前記切替スイッチは、マイクロ波の導波方向を制御する導波体が回転する回転切替スイッチとすることができる。
【００２０】
または、前記切替スイッチは、前記アプリケータ毎に設けられ、マイクロ波の透過と反射とを制御可能としてもよい。
【００２１】
また、前記切替スイッチと前記アプリケータとの間に設けられ、マイクロ波の強度を調整可能としたアッテネータをさらに備えたものとすれば、プラズマ発生室の中に生成されるプラズマの分布を柔軟に制御することができる。
【００２２】
また、プラズマの発生から停止までの間に、前記切替スイッチにより少なくも１回の切替が実行されるものとすれば、プラズマの生成面積を拡げ、またその強度を均一または所定の分布に調整することが可能となる。
【００２３】
また、前記プラズマ発生室は、放電管であるものとすることができ、特に、石英の放電管を用いてフッ素含有ガスのプラズマを生成する場合など、マイクロ波の集中による放電管のエッチングによる削れを抑制して寿命を延ばすことができる。
【００２４】
一方、本発明のプラズマ処理装置は、上記のいずれかのプラズマ発生装置を備え、前記アプリケータを介して導入されたマイクロ波により生成されたプラズマによって被処理物のプラズマ処理を実施可能としたことを特徴とする。
【００２５】
プラズマ発生装置の最大の目的のひとつは、均一なプラズマの生成である。そのためには、プラズマ源の構造をできるだけ対称（軸対称）にすることが望ましい。その基本的な考え方は、「対称的な構造のプラズマ源に対してパワーを軸方向に対称的に導入すると、生成されるプラズマも対称状になる」というものである。完全に対称な構造や、パワー入力方法は、現実には存在しないが、ＤＣ（direct current：直流）プラズマやＲＦ（radio frequency：高周波）プラズマの場合には、プラズマ源の構造が対称に近ければ、プラズマ処理のレート（速度）分布も対称（軸対称）になる。
【００２６】
しかし、マイクロ波励起型プラズマの場合、大面積または長い（プラズマの寸法がマイクロ波の波長より長い）プラズマを生成しようとすると、プラズマ源を完全に対称（軸対称）な構造にしても、対称なプラズマ密度分布が得られない。この現象は、次のように説明できる。
【００２７】
すなわち、大面積または長いプラズマ中には、多くのマイクロ波モードの存在が可能である。これらのモードの中には、対称なモードと非対称のモードとがあり、その上、非対称モードの数が対称モードの数を大きく上回る。
【００２８】
確かに、完全に対称なマイクロ波伝播構造に対して、対称な方法でパワーを導入すると、対称なモードしか励起されない。しかし、それは、プラズマの無い場合に限られる。すなわち、プラズマが存在する場合には、完全な対称性を安定的に実現することは非常に困難であり、少しであっても非対称性を有するモードが励起されてしまう。特に、長い導波管などの場合には、パワーを最初に対称なモードに導入しても、マイクロ波を長い距離を伝播させると、不完全性のためパワーはランダム（random）に全てが励起できるモードに分配される。非対称なモードの数が多いから、殆どのパワーは非対称なモードに入ってしまい、元々は対称性を目指すために導入したパワーは、最終的に非対称なマイクロ波強度分布に到る。それを防ぐためには、１つのモードしか伝播できない構造にしなければならない。しかし、そのためには、マイクロ波が伝搬する部分の構造の寸法をマイクロ波の波長より短くしなければならないので、大面積または長いプラズマ処理に対応できない。
【００２９】
以上説明したように、プラズマが存在すると、装置の構造やパワー導入方法が完全に対称であっても、対称なプラズマの生成が困難となる。さらに、プラズマは、マイクロ波に対する吸収体として作用するため、プラズマ自身が構造の一部になり、装置の構造が完全に対称であっても、プラズマが非対称であれば、高い確率で非対称なマイクロ波モードが励起されてしまう。プラズマには「ゆらぎ（fluctuations）」が伴うので、完全に対称なプラズマの生成や維持は困難である。例えば、ある時点で完全に軸対称なプラズマを生成しても、「ゆらぎ（fluctuations）」によって軸対称が消失してしまう。そのような非対称な状態では、パワー導入も非対称になる。それによって元の対称な状態に戻る場合もあり得るが、殆どの場合は、さらに非対称な状態に落ちることとなる。
【００３０】
例えば、特許文献１及び２に開示されている装置のように、１つのマイクロ波電源から複数のプラズマ源（窓）に対してパワーを並列に分配すると、各プラズマ源のインピーダンスの相違による２種類のモードができる。すなわち、パワーが平分に分配されるモードと、パワーが平分に分配されないモードの２種類が形成され、これらいずれのモードも安定である。これら２種類のモードは、励起モードを制御できる圧力とパワーと、励起モードを制御できないプラズマの「ゆらぎ（fluctuations）」とにより決定される。
【００３１】
特に、完全に軸対称な構造において非対称なモードが形成された場合は、周辺方向でプラズマの濃い部分と薄い部分とが形成されてしまうが、これらが周辺方向のどの部分でどのように形成されるかは、全く制御できず、「ゆらぎ（fluctuations）」だけで決められてしまう。これを「分極不安定性（polarization instability）」と称する。その上、パワーが平分に分配されるモードの数が少なく、励起が生じにくくて、マージンが狭い。
【００３２】
以上説明したように、複数のアプリケータ（窓）に対してマイクロ波を分配して供給すると、完全に対称な構造に対して、完全に対称な方法でマイクロ波を導入しても、励起されるモードの殆どは非対称になってしまう。そして、これら非対称モードには、複数（少なくとも２つ）の分極（polarizations）があり、それらの分布が異なる。さらに、これら複数の分極（polarization）のうちのいずれが実際に励起されるかは、プラズマの「ゆらぎ（fluctuations）」によって決定されてしまう。その結果として、マイクロ波を平分に分配してプラズマを励起することが困難となる「分極不安定性（polarization instability）」が発生してしまう。
【００３３】
この現象を避けるため、本発明者らは、マイクロ波を分配する代わりに、各窓に独立のマイクロ波電源を設けたプラズマ処理装置を既に発明している（特開２００３−１４２４６０号公報）。プラズマ密度の「ゆらぎ（fluctuations）」によって各窓のインピーダンスが変化しても、それぞれに設けられたマイクロ波電源からのパワーは大きく変わらないため、窓の間のバランスが変化することがない。このプラズマ処理装置は、大面積に亘って均一なプラズマを安定して形成できるが、複数のマイクロ波電源を設けるためにコストがやや高い点で改善の余地があった。
【００３４】
ところで、「分極不安定性（polarization instability）」の原因を考察すると、次の２つの異なる解決方法がある。  
（１）構造を非対称にする。  
（２）パワーの導入方法を非対称にする。
【００３５】
例えば、上記（１）に基づいて、円筒形の導波管の断面を少し楕円状にすると、電界の分極（polariaztion）が楕円の短軸の方向に決められ、「分極不安定性（polarization instability）」が改善される。しかし、構造を非対称にすると、当然プラズマの分布も非対称になるため、この方法を採用することは実用的ではない。
【００３６】
一方、上記（２）の方法によれば、構造はそのまま対称とすることができるが、パワーを非対称に導入すると、プラズマ分布もそれに応じて非対称になる。これに対して、本発明によれば、パワー導入ポイントを時間的に速く切り替える。こうすることにより、各時点での分布は不均一であっても、時間的に積分して得られるプラズマ処理の効果は均一なものとなる。すなわち、本発明によれば、構造を対称とする一方、パワー導入方法は、非対称となる。パワーを非対称に導入することにより、モード制御は、再現できるようになるが、プラズマの分布は不均一となる。そしてさらに、パワー導入ポイントを順次切り替えることにより、各時点での分布は不均一であっても、時間的に積分して得られるプラズマ処理の効果は均一なものとなる。
【００３７】
すなわち、本発明によれば、ひとつのマイクロ波電源から出力されるマイクロ波を時系列的に切り替えて複数のアプリケータに順次、供給することにより、「分極不安定性」の問題を解消しつつ、大面積に亘って均一なプラズマ処理が可能となる。
【発明の効果】
【００３８】
以上詳述したように、本発明によれば、大面積に亘って均一なプラズマ処理が可能となり、また、均一ではない特定の分布のプラズマ処理も同様に可能となるプラズマ発生装置及びプラズマ処理装置を低コストで実現することができる。
【００３９】
従って、例えば、大面積で均一なプラズマ処理を形成したり、逆に、局所的に強いプラズマ処理を形成することも容易に実現できる。
【００４０】
その結果として、大面積の半導体ウェーハや液晶ディスプレイ用基板などに対して、均一且つ迅速にエッチング、アッシング、薄膜堆積、表面改質あるいはプラズマドーピングなどのプラズマ処理を実施することができ、あるいは、各種の被処理物に対して、局所的なプラズマ処理を実行することも可能となり、産業上のメリットは多大である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４１】
以下、本発明の実施の形態について、具体例を参照しつつ詳細に説明する。
【００４２】
図１は、本発明の実施の形態にかかるプラズマ発生装置の要部基本構成を説明するための概念図である。
【００４３】
すなわち、本発明のプラズマ発生装置は、プラズマ発生室１０と、このプラズマ発生室１０の壁面に設けられた複数のアプリケータ３０と、それぞれのアプリケータ３０にマイクロ波Ｍを供給するマイクロ波導波部４０と、これらマイクロ波導波部４０にマイクロ波Ｍを供給するマイクロ波切替スイッチ５０と、マイクロ波Ｍを供給するマイクロ波導波部６０と、を備える。マイクロ波切替スイッチ５０の動作は、コントローラ７０により制御される。
【００４４】
プラズマ発生室１０は、真空排気手段１２とガス導入手段１４とにより、所定の原料ガスを含有した減圧雰囲気が維持可能とされている。プラズマ発生室１０は、例えば、図２１に例示したように被処理物Ｗを載置してプラズマ処理を実施する真空チャンバであってもよく、または、被処理物Ｗが載置されたプラズマ処理チャンバに接続された放電管であってもよい。
【００４５】
アプリケータ３０は、マイクロ波導波部４０を介して供給されたマイクロ波Ｍをプラズマ発生室１０に導入する役割を有し、例えば、誘電体からなる透過窓や、細長い開口が形成されたスロットなどにより構成できる。
【００４６】
マイクロ波導波部４０は、マイクロ波切替スイッチ５０からアプリケータ３０にマイクロ波Ｍを導波させる役割を有し、例えば、導波管、同軸ケーブル、誘電体材料からなる導波体などにより構成できる。
【００４７】
マイクロ波切替スイッチ５０は、導波部６０を介して供給されたマイクロ波Ｍを複数のマイクロ波導波部４０のいずれかに選択的に出力する役割を有する。マイクロ波切替スイッチ５０は、部品の機械的な動きによりマイクロ波Ｍを適宜、吸収、反射あるいは透過させる機械スイッチ（mechanical switch）であってもよく、また、ダイオードやトランジスタなどのインピーダンスの変化によってマイクロ波Ｍの通過と反射を制御する電気的スイッチ（electronic switch）であってもよい。また、マイクロ波切替スイッチ５０は、例えば、フェライト・サーキュレータ（ferrite circulator）のように、印加する磁場の方向や強度に応じてマイクロ波Ｍの方向を可変としたジャイロトロピック・メディア・スイッチ（gyrotropic media switch）でもよい。さらにまた、マイクロ波切替スイッチ５０は、プラズマによりマイクロ波を反射させる機構を有するものであってもよい。
【００４８】
図２は、本発明のもうひとつの実施形態にかかるプラズマ発生装置の構成を表す概念図である。同図については、図１に関して前述したものと同様の要素には同一の符号を付して詳細な説明は省略する。図２に表したように、マイクロ波切替スイッチ５０は、アプリケータ３０毎に設けてもよい。
【００４９】
図１及び図２のプラズマ発生装置の動作について説明すると、マイクロ波Ｍは、図示しないマイクロ波電源から出力され、マイクロ波導波部６０を介してマイクロ波切替スイッチ５０に供給される。マイクロ波切替スイッチ５０は、供給されたマイクロ波を、マイクロ波導波部４０に選択的に出力する。これらマイクロ波切替スイッチ５０の動作は、コントローラ７０により制御される。
【００５０】
図３は、各アプリケータに供給されるマイクロ波Ｍの波形を例示するグラフ図である。
【００５１】
すなわち、同図の横軸は時間、縦軸はマイクロ波の強度を表す。図３においては、６個のアプリケータ３０ａ〜３０ｆが設けれたプラズマ発生装置について例示した。本発明においては、図３に表したように、各アプリケータ３０ａ〜３０ｆに対して、マイクロ波Ｍを順次切り替えて供給する。
【００５２】
図４は、各アプリケータにマイクロ波Ｍが切り替えて出力される様子を表す概念図である。本発明によれば、複数のアプリケータに対してマイクロ波Ｍが時系列に切り替えられて順次、出力される。各アプリケータ３０から供給されたマイクロ波Ｍにより、プラズマＰがそれぞれ励起される。これらプラズマＰにより、大面積に亘って均一なプラズマ処理が可能となる。例えば、プラズマ処理の時間が数１０秒程度の場合、マイクロ波切替スイッチ５０により順次、切り替えて大面積に亘るプラズマ処理を実施することは容易である。プラズマＰは、複数のアプリケータ３０のそれぞれに対応して別々に形成されるが、時間的に積分したプラズマ処理の効果は、全てのアプリケータ３０についてプラズマＰを同時に励起させた場合と等価である。
【００５３】
図５は、全てのアプリケータ３０についてプラズマＰが同時に励起された状態を表す模式図である。本実施形態によれば、アプリケータ毎にマイクロ波Ｍを順次、導入するので、厳密にいうと図５のように連続的なプラズマＰは形成されない。しかし、各アプリケータ３０において得られるプラズマ処理の効果を時間的に積分すると、同図に表したように、大面積に亘って均一なプラズマＰを生成した場合と同等の効果が得られる。また、プラズマＰの生成と消滅には数ミリ秒程度のタイムラグがあるので、マイクロ波を導入するアプリケータ３０を切り替えても、それらのプラズマが部分的に重複する場合もある。またさらに、プラズマＰにより生成されるラジカルなどの活性種Ａのライフタイムに近い時間間隔でマイクロ波切替スイッチ５０が切替を行った場合には、図５に例示した如く、全てのアプリケータから同時にマイクロ波Ｍを導入した状態に近似した状態を得ることも可能である。
【００５４】
一方、本発明においては、マイクロ波切替スイッチ５０による切替の頻度は、高くてもよいが、低くてもよい。つまり、一回のプラズマ処理の間に、複数のアプリケータ３０の全体に亘って何往復もするようにマイクロ波切替スイッチ５０を高速で切り替えて処理してもよいし、または、一回のプラズマ処理の間に、複数のアプリケータ３０のそれぞれから一度ずつマイクロ波を導入するようにマイクロ波切替スイッチ５０を切り替えてもよい。これらいずれの場合も、大面積に亘り均一なプラズマ処理が可能である。
【００５５】
また一方、一回のプラズマ処理の間に、複数のアプリケータ３０のいずれか１つから、他のいずれか１つに切替が実行されるだけであってもよいし、切替を行わず一つのアプリケータからのみマイクロ波を導入してプラズマを生成させるような使い方もできる。つまり、複数のアプリケータ３０のうちの一部のみを用いて部分的なプラズマ処理を実行することも可能である。
【００５６】
つまり、本発明においては、一回のプラズマ処理の間に、少なくとも一回、マイクロ波切替スイッチ５０の切替が実行されればよい。従って、本発明においては、マイクロ波切替スイッチ５０の切替の時間は、プラズマ処理が開始してから終了するまでの時間よりも短ければよい。
【００５７】
また、図３においては、１つのアプリケータ３０から次のアプリケータ３０への切替が瞬時に実施され、マイクロ波が連続的に導入される場合を例示したが、本発明はこれに限定されない。すなわち、マイクロ波を間欠的に導入してもよい。
【００５８】
図６は、マイクロ波が間欠的に導入される具体例を表すグラフ図である。すなわち、同図の具体例の場合、例えばアプリケータ３０ａによるマイクロ波の導入の後、所定の時間間隔をあけてアプリケータ３０ｂからマイクロ波が導入されている。このようにマイクロ波を間欠的に導入しても、時間的に積分したプラズマ処理の効果は、全てのアプリケータ３０についてプラズマＰを同時に励起させた場合と等価である。
【００５９】
以上説明したように、本発明によれば、アプリケータ毎に切り替えてマイクロ波Ｍを導入するので、マイクロ波Ｍの干渉が生ずることがない。つまり、複数のアプリケータ３０から同時にマイクロ波を導入することによるマイクロ波の干渉の問題を解消できる。また、これらアプリケータにマイクロ波を分配して同時に供給した場合に生ずる「分極不安定性（polarization instability）」を解消することができる。その結果として、大面積に亘って均一なプラズマ処理を安定して実施することができる。
【００６０】
またさらに、本実施形態によれば、各アプリケータに導入するマイクロ波Ｍのデューティや強度を調整することにより、プラズマＰによる処理効果の分布を自由に変えることも可能である。  
図７は、アプリケータ毎にマイクロ波Ｍのデューティを変えた具体例を表すグラフ図である。すなわち、同図に表した具体例の場合、６個のアプリケータ３０ａ〜３０ｆに対して、マイクロ波Ｍを供給する時間幅（パルス幅）がそれぞれ変えられている。マイクロ波Ｍの供給の時間幅（パルス幅）を調整することにより、それぞれのアプリケータにおけるプラズマ処理の時間が調整され、所望の分布を得ることができる。
【００６１】
例えば、プラズマ発生室１０の形状やその中でのガスの圧力分布や流速の分布、あるいはアプリケータ３０の形状や配置関係などに応じて、各アプリケータに対するマイクロ波Ｍの供給の時間幅（パルス幅）を調整することより、大面積に亘って均一なプラズマ処理を施すことが可能となる。また、被処理物Ｗの一部のみにプラズマ処理を強く実施したいような場合にも、そのような所定の分布のプラズマ処理を容易に実施することができる。そして、この場合にも、各アプリケータ毎にマイクロ波を切り替えて供給しているので、「分極安定性（polarization instability）」の問題が生ずることはない。
なお、図７に表したようにデューティを可変とする場合も、図６に例示した如く、マイクロ波を間欠的に導入してもよい。
【００６２】
図８及び図９は、アプリケータ毎にマイクロ波Ｍの強度を調整するアッテネータを設けた具体例を表す概念図である。すなわち、同図に表した具体例の場合、アプリケータ３０の前段にアッテネータ３５がそれぞれ設けられ、マイクロ波Ｍの強度をそれぞれ独立に調節可能とされている。アッテネータ３５をそれぞれ調節することにより、各アプリケータに供給されるマイクロ波Ｍの強度をそれぞれ独立に変えることができ、プラズマ発生室１０において形成されるプラズマＰの強度分布を任意に調整することが可能となる。
【００６３】
それぞれのアッテネータ３５を調節することにより、大面積に亘って均一なプラズマ処理を実施することが可能であり、または、特定の分布を有するプラズマ処理を実施することも可能となる。
【００６４】
なお、この場合には、図３に例示した如く、各アプリケータに対して同一のデューティでマイクロ波Ｍを供給してもよく、または、図７に例示した如く、アプリケータ毎にデューティを変えてもよい。
【００６５】
図１０は、回転マイクロ波切替スイッチを設けたプラズマ処理装置の平面構造を例示する模式図である。  
また、図１１は、その断面構造を例示する模式図である。  
また、図１２は、スロットアンテナ４０Ｓの形状を例示する平面図である。これらの図についても、図１乃至図９に関して前述したものと同様の要素には同一の符号を付して詳細な説明は省略する。
【００６６】
本具体例においては、回転マイクロ波切替スイッチ５０の周囲に導波管４０が放射状に接続されている。これら導波管４０の先端付近には、スロットアンテナ４０Ｓが設けられている。一方、プラズマ処理室１０の上方の壁面には、誘電体からなる透過窓（アプリケータ）３０が設けられている。導波管４０を導波されたマイクロ波Ｍは、スロットアンテナ４０Ｓから透過窓３０を介して、プラズマ処理室１０に導入される。
【００６７】
回転マイクロ波切替スイッチ５０は、例えば、マイクロ波を導波する構造体を回転させることにより、マイクロ波導波部６０を介して供給されたマイクロ波Ｍをその周囲に放射状に接続された複数のマイクロ波導波部４０のそれぞれに順次、切り替えて出力する。また、回転マイクロ波切替スイッチ５０としては、マイクロ波Ｍの方向を磁気的に制御するフェライト・サーキュレータ（ferrite circulator）を用いることもできる。
【００６８】
回転マイクロ波切替スイッチ５０の回転導波体を一定の速度で回転させれば、図３に関して前述したように、各アプリケータ３０に対して同一のデューティでマイクロ波Ｍを供給できる。また、回転マイクロ波切替スイッチ５０の回転導波体の回転速度を回転角度に応じて可変とすれば、図７に関して前述したように、アプリケータ３０毎に異なるデューティでマイクロ波Ｍを供給することができる。
【００６９】
図１３は、アプリケータ３０毎にマイクロ波切替スイッチ５０を設けたプラズマ処理装置の平面構造を例示する模式図である。  
また、図１４は、断面構造を例示する模式図である。これらの図についても、図１乃至図１２に関して前述したものと同様の要素には同一の符号を付して詳細な説明は省略する。
【００７０】
本具体例においては、マイクロ波Ｍを供給する導波管６０の周囲に、複数の導波管４０が放射状に接続されている。これら導波管４０は、アプリケータ３０に接続され、その途中にマイクロ波切替スイッチ５０がそれぞれ設けられている。これら切替スイッチ５０は、コントローラ７０により制御され、図３あるいは図７に例示したように、各アプリケータ３０に対して順次、マイクロ波Ｍを切り替えて出力する。
【００７１】
図１５は、プラズマ発生室１０の上方の壁面のみならず周側の壁面にもアプリケータ３０を設けた具体例を表す断面図である。  
また、図１６は、本具体例におけるマイクロ波切替スイッチ５０の配置をプラズマ処理室１０の上方から眺めた模式平面図である。これらの図についても、図１乃至図１４に関して前述したものと同様の要素には同一の符号を付して詳細な説明は省略する。
【００７２】
すなわち、本具体例においては、マイクロ波Ｍを供給する導波管６０がプラズマ処理室１０の側面にまで延在し、切替スイッチ５０、導波管４０、アプリケータ３０を介してマイクロ波Ｍが導入される。このように、プラズマ発生室１０の側面からもマイクロ波Ｍをすれば、さらに大面積に亘って均一なプラズマ処理が可能となる。
【００７３】
図１７は、透過窓（アプリケータ）３０の形態を例示する模式図である。すなわち、同図（ａ）乃至（ｃ）は、プラズマ処理室１０の上面を眺めた模式図である。
【００７４】
図１７（ａ）は、複数の独立した透過窓３０を設けた具体例を表す。このように、独立した透過窓３０を設けた場合には、マイクロ波Ｍの導入される部分を正確に区間できるため、分布の設計や最適化が容易となる。
【００７５】
一方、図１７（ｂ）は、単一の透過窓３０を設けた具体例を表す。このように単一の透過窓３０を設けた場合には、構成が簡略であり、しかも、その上に導波管（マイクロ波導波部）４０からの出力端を自由に配置することができるため、アプリケータ３０として作用するマイクロ波導入部の数や配置を柔軟に変更できる点で有利である。
【００７６】
また、図１７（ｃ）は、透過窓３０を複数の同心円環状の区画に区切った具体例を表す。同図に表したように同心円環状の透過窓３０を形成した場合、得られるプラズマ処理の対称性が優れるという利点が得られる。また、この場合にも、導波管（マイクロ波導波部）４０からのマイクロ波Ｍの出力端の数や配置を自由に設置できるため、プラズマ処理の分布を柔軟に調整できる。
【００７７】
図１８は、本発明を放電管に適用した具体例を表す概念図である。本具体例においては、放電管８０の軸方向に沿って、複数のアプリケータ３０が設けられている。これらアプリケータ３０は、配送導波管（マイクロ波導波部）４０を介して回転マイクロ波切替スイッチ５０に接続されている。マイクロ波電源から出力されたマイクロ波Ｍは、回転マイクロ波切替スイッチ５０により、複数の配送導波管４０のそれぞれに順次、切り替えて出力される。配送導波管４０に供給されたマイクロ波Ｍは、アプリケータ３０から放電管８０に導入され、放電管８０の内部に形成されているガス雰囲気のプラズマを励起させる。
【００７８】
本発明によれば、このような放電管８０内部にプラズマを生成する場合にも、複数のアプリケータ３０に順次、マイクロ波Ｍを切り替えて出力することにより、大面積、あるい軸方向に沿って長い範囲に亘って均一にプラズマを生成することができる。このように放電管８０内でプラズマＰを生成させた場合、放電管８０の中に被処理物を配置してプラズマ処理してもよく、または、いわゆる「リモート・プラズマ型」のプラズマ処理装置の如く、放電により得られたプラズマを処理チャンバに導入してプラズマ処理を実施してもよい。
【００７９】
また例えば、石英からなる放電管８０の中で、フッ素を含有するガスのプラズマＰを生成した場合、放電管８０がエッチングされ、徐々に削られるという問題が生ずる。本発明によれば、マイクロ波Ｍのパワーを放電管の一カ所に集中させず、複数のアプリケータ３０に順次、切り替えて出力するので、放電管８０のエッチングを抑制し、寿命を延ばすことができる。このように、放電管８０の寿命を延ばすことが目的の場合などは、回転マイクロ波切替スイッチ５０によるマイクロ波Ｍの出力先の切替は、高速に行う必要がない。例えば、回転マイクロ波切替スイッチ５０を手動操作式とし、プラズマ処理を所定回数だけ実施した後に、手動操作によって、マイクロ波Ｍを出力するアプリケータ３０を切り替えてもよい。
【００８０】
図１９も、本発明を放電管に適用した具体例を表す概念図である。すなわち、本具体例においては、配送導波管（マイクロ波導波部）４０毎にマイクロ波切替スイッチ５０が設けられ、コントローラ７０により制御される。本具体例においても、コントローラ７０によって、図３あるいは図７に関して前述したように、複数のアプリケータ３０にマイクロ波Ｍが順次、切り替えて出力される。その結果として、放電管８０の中で、大面積、あるい軸方向に沿って長い範囲に亘って均一にプラズマを生成することができる。
【００８１】
また、本具体例においても、放電管８０の寿命を延ばすことが目的の場合などは、コントローラ７０によるマイクロ波Ｍの出力先の切替は、高速に行う必要がなく、プラズマ処理を所定回数だけ実施した後に、マイクロ波Ｍを出力するアプリケータ３０を切り替えればよい。
【００８２】
図２０も、本発明を放電管に適用した具体例を表す概念図である。すなわち、本具体例においては、バイナリ・スイッチ（binary switch）５０を組み合わせることにより、マイクロ波Ｍの出力先の切替が実施される。ここで、バイナリ・スイッチ５０は、１つの入力と２つの出力とを有し、入力を２つの出力のいずれかに切り替えて出力するスイッチである。本具体例においても、コントローラ７０によって、図３あるいは図７に関して前述したように、複数のアプリケータ３０にマイクロ波Ｍが順次、切り替えて出力される。その結果として、放電管８０の中で、大面積、あるい軸方向に沿って長い範囲に亘って均一にプラズマを生成することができる。
【００８３】
また、本具体例においても、放電管８０の寿命を延ばすことが目的の場合などは、コントローラ７０によるマイクロ波Ｍの出力先の切替は、高速に行う必要がなく、プラズマ処理を所定回数だけ実施した後に、マイクロ波Ｍを出力するアプリケータ３０を切り替えればよい。
【００８４】
以上具体例を参照しつつ本発明の実施の形態について説明した。しかし、本発明は、これらの具体例に限定されるものではない。
【００８５】
例えば、本発明において用いる導波体（マイクロ波導波部）、透過窓（アプリケータ）、マイクロ波切替スイッチ、プラズマ発生室、プラズマ処理室、あるいはマイクロ波の電源や導波機構などの要素は、本発明の趣旨に基づいて当業者が適宜変形したのも本発明の範囲に包含される。
【００８６】
また、各要素の形状やサイズ、それらの配置関係についても、図示したものには限定されず、プラズマ処理の内容や条件などを考慮して適宜決定することができる。
【００８７】
さらにまた、上述した具体例においては、プラズマ発生部の要部構成のみ説明したが、本発明は、このようなプラズマ発生部を有する全てのプラズマ処理装置も包含し、例えば、エッチング装置、アッシング装置、薄膜堆積装置、表面処理装置、プラズマドーピング装置などとして実現したプラズマ処理装置のいずれもが本発明の範囲に包含される。
【図面の簡単な説明】
【００８８】
【図１】本発明の実施の形態にかかるプラズマ発生装置の要部基本構成を説明するための概念図である。
【図２】本発明のもうひとつの実施形態にかかるプラズマ発生装置の構成を表す概念図である。
【図３】各アプリケータに供給されるマイクロ波Ｍの波形を例示するグラフ図である。
【図４】各アプリケータにマイクロ波Ｍが切り替えて出力される様子を表す概念図である。
【図５】全てのアプリケータ３０についてプラズマＰが同時に励起された状態を表す模式図である。
【図６】マイクロ波が間欠的に導入される具体例を表すグラフ図である。
【図７】アプリケータ毎にマイクロ波Ｍのデューティを変えた具体例を表すグラフ図である。
【図８】アプリケータ毎にマイクロ波Ｍの強度を調整するアッテネータを設けた具体例を表す概念図である。
【図９】アプリケータ毎にマイクロ波Ｍの強度を調整するアッテネータを設けた具体例を表す概念図である。
【図１０】回転マイクロ波切替スイッチを設けたプラズマ処理装置の平面構造を例示する模式図である。
【図１１】図１０に表したプラズマ処理装置の断面構造を例示する模式図である。
【図１２】スロットアンテナ４０Ｓの形状を例示する平面図である。
【図１３】アプリケータ３０毎にマイクロ波切替スイッチ５０を設けたプラズマ処理装置の平面構造を例示する模式図である。
【図１４】図１３に表したプラズマ処理装置の断面構造を例示する模式図である。
【図１５】プラズマ発生室１０の上方の壁面のみならず周側の壁面にもアプリケータ３０を設けた具体例を表す断面図である。
【図１６】図１５に表したプラズマ処理装置におけるマイクロ波切替スイッチ５０の配置をプラズマ処理室１０の上方から眺めた模式平面図である。
【図１７】透過窓（アプリケータ）３０の形態を例示する模式図である。
【図１８】本発明を放電管に適用した具体例を表す概念図である。
【図１９】本発明を放電管に適用した具体例を表す概念図である。
【図２０】本発明を放電管に適用した具体例を表す概念図である。
【図２１】マイクロ波励起型プラズマ処理装置の構造を表す模式図である。
【符号の説明】
【００８９】
１０ チャンバ、プラズマ処理室、プラズマ発生室
１２ 真空排気手段
１４ ガス導入手段
１６ ステージ
３０ アプリケータ（透過窓）
３５ アッテネータ
４０ マイクロ波導波部（導波管、配送導波管）
４０Ｓ スロットアンテナ
５０ マイクロ波切替スイッチ（回転マイクロ波切替スイッチ）
６０ マイクロ波導波部（導波管）
７０ コントローラ
８０ 放電管
Ｍ マイクロ波
Ｐ プラズマ
Ｗ 被処理物
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
2005129323.tif 000021
【図２０】
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【図２１】
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